邊坡穩定性分析及評價

陳元芳

摘 要： 邊坡穩定性分析及評價是邊坡治理的關鍵。本文分別對土質邊坡和巖質邊坡進行了變形主要影響因素及破壞模式分析、穩定性分析及評價。

關鍵詞： 破壞模式； 計算方法； 穩定性

1. 邊坡基本情況

邊坡所屬地貌為剝蝕殘丘，坡面表土已基本剝離，微地貌單元為陡坡或陡崖。

邊坡高度5m～10m，寬度70m～80m，坡度50°～65°，邊坡走向總體呈北東向（方位角約70°），邊坡西側為土質邊坡，東側為巖質邊坡。東側邊坡坡面巖體節理裂隙發育，存在較多不穩定楔形體和塊石，易發生崩塌。

2. 地質環境條件

2.1 邊坡巖土工程性質

邊坡巖土層情況較為簡單，上部為0.5m～1.5m的坡殘積覆蓋層，厚度薄，坡體巖土層主要為燕山期二次侵入的黑云母二長花崗巖（γ52-3）。

邊坡東西兩側坡高一般約5m，中部坡高一般約8m～10m，坡面坡度一般呈上緩下陡狀，邊坡下部陡峭（坡度60°～65°），上部稍緩（坡度50°～60°），總體坡度一般50°～65°。邊坡坡體主要為全—強風化的花崗巖，上部分布薄層坡殘積成因的礫質黏性土層，邊坡坡面發育灌草植被。

2.2 水文地質條件

根據現場調查及區域地質資料，邊坡坡腳位于當地侵蝕基準面以上，邊坡區匯水面積約0.4km2，地勢起伏較大，地表徑流經東側坡腳地勢低洼區域排出場外，周邊無地表水體分布。場地第四系松散層較薄，地下水主要為基巖風化裂隙和構造裂隙水。

2.3 地震

珠海市抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，設計地震特征周期為0.40s。

3. 邊坡穩定性分析及評價

3.1 邊坡變形主要影響因素及破壞模式分析

邊坡穩定性影響因素有諸多方面，就該邊坡而言，其穩定性影響因素主要有：邊坡形態、邊坡高度及坡度、邊坡的物質組成結構特征、匯水條件及面積、地層巖性、巖土體工程地質特性、降雨、人類工程活動等。

該邊坡為前期開挖山體形成，坡面凹凸不平，坡面裸露無支擋；邊坡坡度陡，高度較大，局部呈陡崖狀；坡頂地勢為順向坡，匯水條件較好，無坡頂截水溝或其他地表排水系統，在長期的風化及雨水沖刷侵蝕下，其物理力學性質持續變差；邊坡地處珠江三角洲地區，每年4月～10月為雨季，降雨量充沛。以上均為影響該邊坡穩定性的不利因素。

（1）土質邊坡破壞模式分析

土質邊坡區段由于邊坡較高較陡，坡面水土流失較嚴重，巖性主要為礫質黏性土及全～強風化花崗巖，巖土體結構松散，在強降雨以及地震作用下發生崩塌或滑坡的可能性較大；根據現場地質調查及坑/槽探揭露顯示，坡面覆蓋層較薄，邊坡基巖面較陡，在雨水的浸潤下覆蓋層及軟弱結構面的抗剪強度等物理力學性質明顯變差，且雨水進入基巖面或軟弱結構面后形成孔隙水壓力，故在強降雨作用下坡面發生沿軟弱結構面滑動的可能性較大。

（2）巖質邊坡破壞模式分析

巖質邊坡區段以中風化花崗巖為主，巖體類別為Ⅲ類，巖體節理裂隙較發育，巖質邊坡變形主要受不良結構面所控制，總是沿低強度的結構面（層面、片理面、節理面及斷層面等）發生。邊坡上任何一塊巖體，要想變形移動，必須脫離周圍巖體，不但要有底部滑動面，而且要有后方及左右兩側的分割面。在基巖斜坡上，這些滑動面和分割面一般都是由各種不利結構面構成。不利結構面對邊坡穩定性的影響主要取決于結構面產狀與邊坡產狀的幾何關系、結構面的性質、結構面的發育程度以及結構面的組合關系。根據野外調查與類比可知，該邊坡巖質部分整體處于穩定狀態，其破壞模式主要以淺表層巖土體滑移或節理切割的塊體崩塌和風化剝落與掉塊為主。

3.2 土質邊坡穩定性計算與評價

（1）計算方法

土質邊坡穩定性分析采用理正巖土6.0，采用圓弧滑動法計算穩定系數Ks，邊坡穩定性系數可按下式計算：

式中：Ks—邊坡穩定性系數；

ci—第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結強度標準值（kPa）；

φi—第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值（°）；

ιi—第i計算條塊滑動面長度（m）；

θi、αi—第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角（°）；

Gi—第i計算條塊單位寬度巖土體自重（kN/m）；

Gbi—第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重（kN/m）；

Pwi—第i計算條塊單位寬度的動水壓力（kN/m）；

Ni—第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力（kN/m）；

Ti—第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力（kN/m）；

Ri—第i計算條塊滑動面上的抗滑力（kN/m）。

（2）計算工況及參數選取

計算工況為飽和+地震工況。本邊坡的安全等級為二級，規范要求其穩定安全系數不小于1.10。計算參數詳見表1、表2。

（3）計算結果與穩定性評價

經計算，邊坡在地震+飽和工況下安全系數Fs為0.930～1.031。表明邊坡在浸水飽和狀態和地震工況下均處于不穩定—欠穩定狀態。經現場調查，邊坡坡腳仍有少量崩塌（滑坡）堆積物，說明該邊坡曾經發生過小規模崩塌（滑坡），計算結果與實際調查情況基本一致。

3.3 巖質邊坡穩定性計算與評價

（1）計算方法

赤平投影分析法采用巖石邊坡楔形破壞判斷準則，即基于一個最簡單的破壞條件：組合交線的傾向與坡面一致，楔形破壞體的組合交線在邊坡面出露，其傾角小于坡角，不連續面的抗剪強度只考慮摩擦角，認為小于組合交線的傾角時，便發生破壞。其數學表達式（參見圖1）為（式中：表示邊坡坡角；表示組合交線傾角；表示不連續面的內摩擦角）。

利用赤平極射投影圖可以初步判斷邊坡的穩定性：

①當結構面或結構面交線的傾向與坡面傾向相反時，即巖層傾向坡內。這種邊坡為穩定結構，有時有崩塌發生，而崩塌（滑坡）的可能性小。②當結構面或結構面交線的傾向與坡面傾向基本一致但傾角大于坡角時，邊坡為基本穩定結構。③當結構面或結構面交線的傾向與坡面傾向之間夾角小于45°且傾角小于坡角時，邊坡為不穩定結構。三維楔形體穩定性分析在赤平投影分析加入了巖體重度、地震力、節理裂隙面黏聚力及內摩擦角等影響因素進行定量計算，通過比較總下滑力與有效反力的關系確定安全系數。

（2）計算結果與穩定性評價

邊坡坡面與巖體裂隙面夾角為13.8°～62.3°，第一組節理裂隙面是坡面的主要控制結構面，第二組結構面組合屬大角度相交。邊坡沿裂隙面出現整體滑移的可能性較小，其破壞模式主要在于邊坡坡面松散巖土體脫離母體形成崩滑落和以淺表層巖土體滑移為主。

參考文獻：

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